Przedstawiamy rozwiązania konstrukcyjne, które wpływają na mniejsze zużycie paliwa. Warto je wziąć pod uwagę i zastosować, by zużywać go w jak najmniejszych ilościach.
Bilans ekonomiczny gospodarstw rolnych w znaczącej mierze jest zależny od kosztów środków produkcji. Jednym z najistotniejszych elementów jest tutaj koszt paliwa, jakie musimy zakupić do ciągników i maszyn samobieżnych. Kwestia ta jest szczególnie istotna w obecnych czasach, gdy ceny paliwa nie są stabilne. Należy zatem poszukiwać metod ograniczania zużycia paliwa. Można to osiągnąć poprzez odpowiednie działania eksploatacyjne i techniczne, ponadto producenci maszyn coraz intensywniej wprowadzają rozwiązania techniczne sprzyjające redukcji zużycia paliwa.
Jak ograniczyć zużycie paliwa w ciągniku rolniczym?
Zużycie paliwa przez silnik ciągnika rolniczego zależne jest od wielu czynników. W celu dokładniejszego ich rozpoznania zasadne jest krótkie omówienie łańcucha przepływu mocy. Na samym jego początku mamy silnik spalinowy, w którym energia chemiczna zawarta w paliwie jest zamieniana na moc użyteczną oddawaną na wale korbowym. Ta moc jest następnie transformowana przez układ napędowy do elementów układu jezdnego, czyli kół lub gąsienic. W końcowym etapie następuje przeniesienie mocy na podłoże, w czego efekcie pojazd może się przemieszczać. W przypadku każdego z wymienionych elementów można podjąć działania zmierzające do redukcji zużycia paliwa.
Silnik a spalanie ciągnika – kluczowe zasady pracy
To właśnie silnik spalinowy jest tym elementem, który konsumuje paliwo. Od parametrów konstrukcyjnych oraz osprzętu zależeć będzie to, jakimi ilościami paliwa zadowoli się nasza jednostka. Współczesne silniki ciągników, kombajnów czy sieczkarni wyposażone są w układy zasilania common rail, które pozwalają na precyzyjne dawkowanie paliwa w zależności od sygnału sterującego pobieranego z komputera zarządzającego pracą silnika.
Jednak chwilowe warunki pracy ciągnika mogą wymuszać różny stopień obciążenia silnika, a to z kolei może wpływać na zużycie paliwa. Każdy silnik spalinowy ma tzw. ekonomiczny zakres prędkości obrotowej. Przypada on na przedział między maksymalnym momentem obrotowym a maksymalną mocą. Zakres ten można bardzo dobrze zilustrować na tzw. charakterystyce prędkościowej silnika.
Podczas eksploatacji należy więc unikać sytuacji, gdy silnik pracuje ze zbyt wysoką prędkością obrotową, gdyż temu towarzyszyć będzie nadmierne zużycie paliwa. Z tego powodu producenci silników przeznaczonych do maszyn rolniczych stosują dziś rozwiązania, które redukują obroty silnika przy zapewnieniu pożądanej prędkości jazdy. Bardzo często rozwiązanie takie jest efektem zastosowania systemu sterującego jednocześnie pracą silnika i skrzyni biegów.
Na podstawie danych odczytanych przez czujniki dobierane jest odpowiednie przełożenie (zapewniające pożądaną prędkość) oraz prędkość obrotową silnika (przypadającą na zakres ekonomicznej eksploatacji). Taki sposób kontroli parametrów jazdy przydaje się nie tylko w pracach polowych, ale również w transporcie. W wielu przypadkach takie rozwiązanie umożliwia osiąganie maksymalnej prędkości jazdy przy obniżonych obrotach silnika.
Oprócz obniżenia zużycia paliwa dodatkowymi zaletami będzie zmniejszenie drgań i hałasu pochodzących od silnika. Jazda w transporcie staje się nie tylko bardziej ekonomiczna, ale również bardziej komfortowa.
Przykładowo w ciągnikach John Deere dostępna jest funkcja ECO Shift, która polega na takim doborze przełożenia, aby osiągnąć daną prędkość jazdy przy zredukowanych obrotach. W ciągnikach Deutz Fahr 6.4 ze skrzynią RV Shift występuje funkcja ECO, która również ogranicza prędkość obrotową silnika przy zadanej prędkości jazdy. Podobny system sterowania może być stosowany nie tylko w ciągnikach. Na przykład w kombajnach Claas dostępna jest funkcja zarządzania obrotami silnika podczas jazdy transportowej. Zapewnia ona zredukowanie prędkości obrotowej silnika do 1600 obr./min, co daje co najmniej kilka procent oszczędności w spalanym paliwie.
Oprócz parametrów silnika niemałe znaczenie dla zużycia paliwa ma też jego osprzęt. Współcześnie dąży się do zminimalizowania zużycia energii przez elementy dodatkowe, którą są napędzane od wału korbowego silnika. To z tego powodu coraz częściej w ciągnikach stosuje się inteligentne układy chłodzenia, które zapewniają utrzymywanie prawidłowej temperatury pracy przy minimalnym zapotrzebowaniu na pobieraną moc.
Znany z kombajnów Claas system Dynamic Cooling polega na zarządzaniu prędkością obrotową wentylatora chodnicy tak, aby zapewnił on chłodzenie proporcjonalnie do temperatury i stopnia obciążenia silnika. Dodatkowo inteligentne zarządzanie pracą „wiatraka” umożliwia nie tylko chłodzenie, ale również usuwanie kurzu z radiatorów chłodnicy, co zwiększa efektywność chłodzenia. Szacunkowa oszczędność mocy kształtować się może na poziomie nawet kilkunastu kilowatów, co oczywiście przełoży się na zmniejszenie zapotrzebowania na paliwo.
Oszczędności w układzie napędowym
Jak wiadomo, układ napędowy, czyli potocznie „przekładnia”, ma również niemałe znaczenie dla ekonomiki pracy ciągnika czy maszyny samobieżnej. To właśnie skrzynia biegów ma kluczowe znaczenie dla płynności przenoszenia mocy z silnika na koła lub gąsienice. Dzięki dobraniu odpowiedniego przełożenia zapewnimy pożądaną prędkość przy jednoczesnym wstrzeleniu się w optymalny zakres prędkości obrotowej silnika.
Niemałe znaczenie dla ograniczenia strat mocy ma ciągłość przenoszenia momentu obrotowego. Przy „klasycznym” wysprzęglaniu występuje chwilowe przerwanie przekazywania mocy z silnika na dalsze elementy układy napędowego i jezdnego. Silnik jednak ciągle wtedy pracuje i zużywa paliwo. W chwili, gdy moment nie jest przekazywany (nawet chwilowo), praca silnika staje się jałowa, a zużycie paliwa niepotrzebnie rośnie.
To właśnie z tego powodu upowszechniły się skrzynie biegów z przełożeniami przełączalnymi pod obciążeniem, czyli bez wysprzęglania. Daje to gwarancję ciągłego płynnego przenoszenia mocy. Mamy pewność, że paliwo, które dostarczamy, nie idzie na marne. Podobne rezultaty można osiągnąć, stosując przekładnie bezstopniowe, przy czym tu pojawia się wątpliwość co do strat mocy podczas jej przenoszenia przez hydrauliczną część układu (skrzynie bezstopniowe stanowią połączenie przekładni mechanicznej z hydrostatyczną).
Rzeczywiście, część hydrauliczna stanowiła słabszy element, jeśli chodzi o ograniczanie strat, jednak producenci sobie z tym poradzili. W większości przekładni bezstopniowych udział mocy przenoszonej za pośrednictwem hydrostatu jest bowiem mniejszy niż udział mocy przenoszonej mechanicznie (np. w traktorach Claas Axion udział mocy przenoszonej hydraulicznie wynosi maksymalnie 30%). Ponadto wprowadzane są skrzynie bezstopniowe, w których układ hydrauliczny został zastąpiony przez układ elektryczny (John Deere, model 8R410).
Niemałe znaczenie dla oszczędności w układzie napędowym ma zarządzanie parametrami przekładni. Oczywiście tu najważniejszą rolę odgrywa oprogramowanie w jednostce sterującej.
W ciągnikach John Deere (np. seria 6R ze skrzynią AutoPowr lub IVT) dostępne są dwa tryby zarządzania przepływem mocy: sterowanie obciążeniem oraz sterowanie oszczędnością. W drugim trybie możemy ustawić stałą prędkość jazdy przy możliwie niskich obrotach silnika. Ta opcja jest zalecana do jazdy z małymi obciążeniami.
W ciągnikach New Holland T5 Dynamic Command zastosowano system Ground Speed Management, który jest odpowiedzialny za zarządzanie przełożeniem oraz parametrami pracy silnika. Podobnie działający system występuje w ciągnikach Deutz Fahr pod nazwą Power Efficiency. Z kolei w ciągnikach Claas w celu lepszego przenoszenia mocy stosuje się automatyczną blokadę mechanizmu różnicowego; podczas jazdy ciągnikiem w pracach polowych blokada jest załączona, ale gdy zbliżamy się do uwroci, to następuje jej automatyczne wyłączenie poprzez wykrycie sygnału z TUZ (podnoszenie maszyny). Blokada wyłącza się również po przekroczeniu prędkości jazdy 20 km/h.
Układ jezdny i opony – wpływ na spalanie ciągnika
W pojazdach rolniczych największe straty mocy występują na styku koła lub gąsienicy z podłożem. W wielu przypadkach, zwłaszcza podczas prac polowych, moc jest w dużym stopniu przenoszona na elementy jezdne, jednak przy słabej trakcji ta moc tylko w niewielkim stopniu zostaje przeniesiona na podłoże. W rezultacie z siły trakcyjnej na kołach tylko niewielka część zostanie odzyskana w postaci siły uciągu.
Jest to powodowane dwoma głównymi problemami: poślizgiem oraz oporem przetaczania. Należy zatem wprowadzać takie działania, które zredukują te dwa zjawiska, a tym samym pozwolą oszczędzić paliwo. Jednym ze sposobów ograniczania poślizgu jest zwiększenie powierzchni styku kół z podłożem. Oprócz tego, że działanie takie daje lepszą przyczepność, to ogranicza również zagęszczanie gleby. Te właśnie korzyści sprawiły, iż we współczesnych ciągnikach coraz częściej montowane są systemy sterowania ciśnieniem w oponach, które często współpracują z zaawansowanymi systemami kontroli.
Przykładem zaawansowanego systemu kontroli ciśnienia może być VarioGrip stosowany w traktorach Fendt. Polepszanie przyczepności jest możliwe również dzięki dokładnemu monitorowaniu poślizgu. Do tego celu wykorzystuje się dziś układy GPS lub radary. Jeśli taki układ monitorowania poślizgu połączymy z systemem kontroli ciśnienia w oponach, to możemy zapewnić ciągłe reagowanie na zmieniające się warunki przyczepności.
Oszczędności paliwa związanych z przyczepnością należy doszukiwać się również w przypadku napędzanej przedniej osi. Tu z pomocą może nam przyjść samopoziomujący układ amortyzacji przedniej osi TLS John Deere. Automatyczne poziomowanie przedniej osi wyposażonej w zawieszenie niezależne zapewnia praktycznie stały kontakt kół z podłożem, co ogranicza zjawisko poślizgu.
WOM i maszyny towarzyszące
Maszyny aktywne pobierające napęd od wałka odbioru mocy są kolejnym potencjalnym źródłem strat energii skutkujących zwiększeniem zużycia paliwa. Podczas pracy tych maszyn nie zawsze występuje zapotrzebowanie na maksimum mocy i niezasadne jest wówczas dostarczanie jej w pełnym zakresie.
To z tego powodu we współczesnych ciągnikach upowszechnił się zakres ECO. Jego działanie opiera się na tym, że w przypadku zmniejszonego zapotrzebowania na energię w trybie ECO robocza prędkość WOM jest osiągana przy zmniejszonej prędkości obrotowej silnika, co zapewnia zredukowane zużycie paliwa. Tendencja do redukowania prędkości WOM jest obserwowana nie tylko w ciągnikach, zmiany konstrukcyjne obejmują również same maszyny.
Przykładowo dla kosiarek Claas Disco obniżenie prędkości wejściowej WOM z 1000 do 850 obr./min skutkuje oszczędnością paliwa w ciągniku do 1,2 l/ha. Podobną tendencję obserwuje się w prasach rolujących, np. w prasach Claas serii 400 redukcja obrotów WOM z 1000 do 800 obr./min pozwala zaoszczędzić nawet kilkanaście procent paliwa. Zaznaczyć należy, ze konstrukcje maszyn przystosowanych do obniżenia prędkości obrotowej WOM są tak opracowane, że działanie takie nie ma wpływu na pogorszenie jakości ich pracy.
Jak zmniejszyć spalanie w kombajnach i sieczkarniach?
Maszynami, które odznaczają się bardzo dużym zapotrzebowaniem na moc (a zatem na paliwo), są kombajny zbożowe i sieczkarnie polowe. Nic więc dziwnego, iż ich producenci starają w każdym elemencie maszyny wprowadzać rozwiązania prowadzące do obniżenia zużycia paliwa przez silnik.
Oprócz opisanych już rozwiązań w zakresie silnika i układu przeniesienia napędu konieczne jest również przyjrzenie się elementom roboczym. Zarówno w przypadku kombajnów, jak i sieczkarni duża część mocy jest zużywana na przepływ masy i jej obróbkę (w kombajnach – omłot i czyszczenie, w sieczkarniach – rozdrabnianie). Należy jednak pamiętać, że masa przepływająca przez kombajn czy sieczkarnię nie jest stała i mogą wystąpić okresy zmniejszonego zapotrzebowania na moc.
Wówczas zasadne jest np. obniżenie prędkości obrotowej elementów roboczych, co zapewni redukcję zużycia paliwa. To właśnie dlatego w kombajnach stosuje się kontrolowany przepływ masy, np. w kombajnach Claas występuje on pod nazwą APS Synflow. W wielu rozwiązaniach kombajnów i sieczkarni stosuje się również dobór prędkości jazdy oraz mocy silnika w zależności od chwilowego przepływu masy przez maszynę. Oszczędności paliwa można wiązać również z wykorzystaniem systemów prowadzenia maszyn opartych na GPS, ograniczają one bowiem ryzyko nakładania się przejazdów roboczych.
